مسئله خلاقانه: جراحی با ابزار فوتونی در جراحی پزشکی
در یک مرکز جراحی پیشرفته،
پزشکان از یک تیغ لیزری فوتونی
برای انجام جراحی بسیار دقیق روی بافت مغز استفاده میکنند.
این ابزار فوتونی،
پالسهای بسیار کوتاه نور مادون قرمز تولید میکند
تا بدون آسیب جدی به بافتهای اطراف،
بافت بیمار را برش دهد.
طول موج لیزر برابر است با:
λ = 800 nm
توان متوسط لیزر:
P = 10 mW
مدت تابش لیزر:
t = 5 s
دادهها:
h = 6.63 × 10-34 J.s
c = 3 × 108 m/s
سؤالات
1- فرکانس نور لیزر را محاسبه کنید.
2- انرژی یک فوتون این لیزر را به دست آورید.
3- انرژی کل تابیدهشده در طول جراحی چقدر است؟
4- تعداد فوتونهای استفادهشده در این جراحی را محاسبه کنید.
5- چرا لیزرهای فوتونی برای جراحیهای حساس مناسب هستند؟
پاسخ مسئله
1- محاسبه فرکانس نور
از رابطه زیر استفاده میکنیم:
f = c / λ
تبدیل طول موج:
λ = 800 × 10-9 m
بنابراین:
f = (3 × 108) / (800 × 10-9)
f = 3.75 × 1014 Hz
2- انرژی یک فوتون
از رابطه:
E = hf
جایگذاری:
E = (6.63 × 10-34) (3.75 × 1014)
E ≈ 2.49 × 10-19 J
3- انرژی کل تابش
ابتدا توان را به وات تبدیل میکنیم:
P = 10 × 10-3 W
از رابطه:
Etotal = Pt
داریم:
Etotal = (10 × 10-3) (5)
Etotal = 5 × 10-2 J
4- تعداد فوتونها
از رابطه زیر استفاده میکنیم:
N = Etotal / E
جایگذاری:
N = (5 × 10-2) / (2.49 × 10-19)
N ≈ 2 × 1017
تقریباً
200,000,000,000,000,000 فوتون
5- دلیل استفاده از ابزار فوتونی در جراحی
- دقت بسیار بالا در برش بافت
- کاهش خونریزی
- آسیب کمتر به سلولهای سالم
- امکان کنترل دقیق انرژی تابشی
- بهبود سریعتر بیمار پس از جراحی
جمعبندی
ابزارهای فوتونی مانند لیزرهای پزشکی،
انقلاب بزرگی در جراحیهای مدرن ایجاد کردهاند.
این ابزارها به دلیل دقت بالا و آسیب کم به بافتهای سالم،
در جراحی مغز، چشم، پوست و بسیاری از شاخههای پزشکی کاربرد گسترده دارند.
در این وبلاگ به ریاضیات و کاربردهای آن و تحقیقات در آنها پرداخته می شود. مطالب در این وبلاگ ترجمه سطحی و اولیه است و کامل نیست.در صورتی سوال یا نظری در زمینه ریاضیات دارید مطرح نمایید .در صورت امکان به آن می پردازم. من دوست دارم برای یافتن پاسخ به سوالات و حل پروژه های علمی با دیگران همکاری نمایم.در صورتی که شما هم بامن هم عقیده هستید با من تماس بگیرید.